JP7465967B2 - アルミニウムケーブルと端子との接続構造及びそれを有する車両 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、出願日が２０１９年１１月２８日、出願番号が２０１９２２１１４５２０．６、名称が「アルミニウムケーブルと端子との接続構造及びそれを有する車両」である特許出願の優先権を主張するものである。

本願は、高電圧接続の技術分野に関し、特に、アルミニウムケーブルと端子との接続構造及び上記アルミニウムケーブルと端子との接続構造を有する車両に関する。

アルミニウム材質は、自体の強度が低く、耐クリープ性が低く、表面が空気に接触すると酸化されやすいなどの欠点があるため、アルミニウムケーブルを高電圧ワイヤハーネスとして銅端子に接続する場合、冷間圧着ではなく超音波溶接の方式を採用して銅端子に接続することに適する。

しかし、従来のアルミニウムケーブルと端子を超音波溶接した後、電気伝導性能、過電流能力及び機械的強度を兼ね備えることができず、改善の必要がある。

本願は、少なくとも従来技術における技術的課題の１つを解決することを目的とする。このために、本願の１つの目的は、電気伝導性能、過電流能力及び機械的強度を兼ね備えることができるアルミニウムケーブルと端子との接続構造を提供することである。

本願は、上記アルミニウムケーブルと端子との接続構造を有する車両をさらに提供する。

本願の第１態様の実施例に係るアルミニウムケーブルと端子との接続構造は、ケーブル溶接部を備える心線を含むアルミニウムケーブルと、前記ケーブル溶接部に溶接される端子と、を含み、前記心線の公称断面積がＭであり、前記ケーブル溶接部と前記端子との溶接面積Ｓが５＊Ｍ≦Ｓ≦６＊Ｍを満たす。

本願の実施例に係るアルミニウムケーブルと端子との接続機構は、電気伝導性能、過電流能力及び機械的強度を兼ね備えることができる。

本願のいくつかの具体的な実施例において、前記公称断面積Ｍに対応する前記ケーブル溶接部の幅がＷであり、前記ケーブル溶接部の長さＬが５＊Ｍ／Ｗ≦Ｌ≦６＊Ｍ／Ｗを満たす。

本願のいくつかの具体的な実施例において、前記ケーブル溶接部の前記端子とは反対側の面が波形面として構成され、前記波形面の山と谷が前記ケーブル溶接部の長手方向に沿って配列される。

本願のいくつかの具体的な実施例において、前記ケーブル溶接部の最小厚さＨが前記ケーブル溶接部の前記端子に向かう面と前記谷との間の距離であり、前記公称断面積Ｍに対応するケーブル溶接部の幅がＷであり、前記最小厚さＨが０．７＊Ｍ／Ｗ≦Ｈ≦０．８＊Ｍ／Ｗを満たす。

さらに、前記山と前記ケーブル溶接部の前記端子に向かう面との間の最大角度が３０°～６０°であり、前記谷と前記ケーブル溶接部の前記端子に向かう面との間の最大角度βが３０°～６０°である。

本願のいくつかの実施例において、前記アルミニウムケーブルは、前記心線の外側に嵌設され、前記ケーブル溶接部が伸び出す絶縁スリーブをさらに含み、前記端子は、端子溶接部及び圧着部を含み、前記ケーブル溶接部は、前記端子溶接部に溶接され、前記圧着部は、前記絶縁スリーブに圧着される。

さらに、前記圧着部の厚さが前記端子溶接部の厚さよりも小さい。

さらに、前記圧着部は、接続部及び２つの圧着翼を含み、前記接続部は、一端が前記端子溶接部に接続され、他端が前記２つの圧着翼に接続され、２つの前記圧着翼は、前記絶縁スリーブを挟持するとともに、前記絶縁スリーブの長手方向に沿ってずれて設置される。

さらに、前記ケーブル溶接部の長さがＬであり、前記接続部の長さＬ１が０．７Ｌ≦Ｌ１≦０．９Ｌを満たす。

本願の第２態様の実施例に係る車両は、本願の第１態様の実施例に係るアルミニウムケーブルと端子との接続構造を含む。

本願の実施例に係る車両は、本願の第１態様の実施例に係るアルミニウムケーブルと端子との接続構造を利用することにより、電気伝導性能が確実であり、過電流能力が高く、機械的強度が高いなどの利点を有する。

本願の追加的な態様及び利点は、一部が以下の説明において示され、一部が以下の説明において明らかになるか又は本願の実施により把握される。

本願の上記及び／又は追加的な態様及び利点は、以下の図面を参照して実施例を説明することにより、明らかになって理解されやすくなる。

本願の実施例に係るアルミニウムケーブルと端子との接続構造の加工概略図である。 本願の実施例に係るアルミニウムケーブルと端子との接続構造の斜視図である。 本願の実施例に係るアルミニウムケーブルと端子との接続構造の正面図である。 本願の他の実施例に係るアルミニウムケーブルと端子との接続構造における端子の側面図である。 本願の他の実施例に係るアルミニウムケーブルと端子との接続構造における端子の概略分解図である。

以下、本願の実施例を詳細に説明し、上記実施例の例は、図面に示され、全体を通して同一又は類似の符号は、同一又は類似の部品、或いは同一又は類似の機能を有する部品を示す。以下、図面を参照して説明される実施例は、例示的なものであり、本願を解釈するものに過ぎず、本願を限定するものとして理解すべきではない。

なお、本願の説明において、用語「長さ」、「幅」、「厚さ」、「内」、「外」などで示す方位又は位置関係は、図面に示す方位又は位置関係に基づくものであり、本願を容易に説明し説明を簡略化するためのものに過ぎず、示された装置又は部品が特定の方位を有し、特定の方位で構成され操作されなければならないことを示すか又は示唆するものではないため、本願を限定するものとして理解すべきではない。

以下、本願の実施例に係るアルミニウムケーブルと端子との接続構造を、図面を参照して説明する。

図２～図５に示すように、本願の実施例に係るアルミニウムケーブルと端子との接続構造は、アルミニウムケーブル１０及び端子２０を含む。

アルミニウムケーブル１０は、アルミニウム材質でありかつケーブル溶接部１２を備える心線１１を含む。端子２０は、銅端子であってもよく、ケーブル溶接部１２に溶接され、例えば超音波溶接される。

心線１１の公称断面積は、Ｍであり、ケーブル溶接部１２と端子２０との溶接面積Ｓは、５＊Ｍ≦Ｓ≦６＊Ｍを満たし、ここで、心線１１の公称断面積Ｍは、心線１１の断面積として理解することができる。

以下、本願の実施例に係るアルミニウムケーブル１０と端子２０との溶接過程を例に挙げて説明する。

図１に示すように、超音波溶接加工過程は、主に位置決め、ケーブル配置、溶接の３つのステップを含む。

まず、端子２０を超音波溶接装置の位置決めブロックに置き、左右２つの溶接治具１を移動させて端子２０に押し付けるとともに、左右２つの溶接治具１の間の寸法を溶接ヘッド２の寸法に制限する。アルミニウムケーブル１０の心線を２つの溶接治具１の中間に置き、溶接ヘッド２を垂直下向きに移動させ、アルミニウムケーブル１０の露出した心線１１と端子２０を溶接する。

なお、心線１１が一般的に丸形であり、溶接ヘッド２により溶接された部分、すなわちケーブル溶接部１２が扁平状に押し付けられ、本願の実施例における心線１１の公称断面積Ｍとは、丸形部分の断面積を指す。

本願の実施例に係るアルミニウムケーブルと端子との接続構造について、アルミニウムケーブル１０の質量が銅ケーブルの質量の２／３であり、かつアルミニウムケーブル１０のコストが銅ケーブルのコストの２／３であるため、アルミニウムケーブルと端子との接続構造を採用することにより、コストの低減及び軽量化の目的を実現することができる。さらに、アルミニウムケーブル１０と端子２０との溶接面積を５＊Ｍ≦Ｓ≦６＊Ｍに限定することにより、溶接面積が小さすぎると、溶接エネルギーが集中しすぎて高温になり、過度の溶接を引き起こし、さらに溶接後の機械的強度が不足することを引き起こし、最終的にアルミニウムケーブル１０の使用時の信頼性が低下することを回避することができる一方で、溶接面積が小さすぎると、１ｍｍ^２当たりの溶接面積に許容される電流が大きすぎ、溶接部位が焼損しやすく、さらに溶接部位の耐用年数が短くなることを回避することができ、また、溶接面積が大きすぎると、１ｍｍ^２当たりの溶接面積に許容される電流が小さすぎ、さらにアルミニウムケーブルの電気伝導性能を低下させることを回避することができ、これに対して、本案において、溶接面積を５＊Ｍ≦Ｓ≦６＊Ｍに限定することにより、様々な仕様のアルミニウムケーブルは、電気伝導性能、過電流能力及び機械的強度を兼ね備えることができる。

以下、公称断面積が５０ｍｍ^２の心線を例として、アルミニウムケーブルの過電流能力及び溶接後の機械的強度をテストし、テスト結果を以下の表に示す。

上表から分かるように、Ｓ／Ｍの数値が４．５から５．５に変化する場合、過電流能力及び溶接後の機械的強度は、いずれも上昇傾向にあり、Ｓ／Ｍの数値が５．５から６．５に変化する場合、過電流能力及び溶接後の機械的強度は、いずれも下降傾向にあるため、５～６の間にある場合、アルミニウムケーブルは、最適な過電流能力及び溶接後の機械的強度を有する。

また、Ｓ／Ｍの数値が６を超える場合、過電流能力及び溶接後の機械的強度の変化が緩やかになる。しかし、溶接面積が大きくなると、溶接部位の伸び、溶接部位の圧力の制御などの様々な原因により、溶接プロセスのコストが増加し、溶接難度係数が増加するため、ケーブル溶接部１２と端子２０との溶接面積Ｓを５＊Ｍ≦Ｓ≦６＊Ｍに限定することにより、電気伝導性能、過電流能力及び機械的強度を兼ね備えるだけでなく、溶接難度係数及び溶接プロセスのコストを制御することができる。

本願のいくつかの具体的な実施例において、上記公称断面積Ｍに対応するケーブル溶接部１２の幅は、Ｗであり、ケーブル溶接部１２の長さＬは、５＊Ｍ／Ｗ≦Ｌ≦６＊Ｍ／Ｗを満たす。換言すれば、異なる公称断面積の心線１１に対して、そのケーブル溶接部１２の幅は、これに応じて一定であり、例えばＵＳＣＡＲ－３８（米国自動車技術者協会の超音波溶接標準）を参照することができ、これに基づいて、ケーブル溶接部１２の長さＬを５＊Ｍ／Ｗ≦Ｌ≦６＊Ｍ／Ｗに設定することにより、端子２０と溶接した後、優れた電気伝導性能、過電流能力及び機械的強度を有することを保証することができる。

本案は、ケーブル溶接部１２の長さＬを５＊Ｍ／Ｗ≦Ｌ≦６＊Ｍ／Ｗに限定することにより、長さが小さすぎると、溶接面積が小さすぎ、溶接エネルギーが集中しすぎて高温になり、過度の溶接を引き起こし、さらに溶接後の機械的強度が不足することを引き起こし、最終的にアルミニウムケーブル１０の使用時の信頼性が低下することを回避することができる一方で、ケーブル溶接部１２の長さＬが長すぎると、端子２０の長さが増加し、該アルミニウムケーブルと端子との接続構造を用いるコネクタの構造設計を改めて行う必要があり、設計コストを増加させ、端子の材料コストも増加させることを回避することができる。

本願の技術的解決手段をより詳細に説明するために、以下の２種類のケーブルを用いて例示的に説明する。

例えば、心線１１の公称断面積Ｍは、５０ｍｍ^２であり、対応するケーブル溶接部１２の幅Ｗは、１６ｍｍであり、ケーブル溶接部１２の長さＬは、１５．６ｍｍ≦Ｌ≦１８．８ｍｍを満たす。

さらに、心線１１の公称断面積Ｍは、７０ｍｍ^２であり、対応するケーブル溶接部１２の幅Ｗは、２１ｍｍであり、ケーブル溶接部１２の長さＬは、１６．７ｍｍ≦Ｌ≦２０ｍｍを満たす。

本願のいくつかの具体例において、図２に示すように、ケーブル溶接部１２の端子２０とは反対側の面は、波形面１４として構成され、波形面１４の山と谷は、ケーブル溶接部１２の長手方向に沿って配列される。

図２に示すように、ケーブル溶接部１２の最小厚さＨは、ケーブル溶接部１２の端子２０に向かう面と上記谷との間の距離であり、公称断面積Ｍに対応するケーブル溶接部１２の幅は、Ｗであり、ケーブル溶接部１２の最小厚さＨは、０．７＊Ｍ／Ｗ≦Ｈ≦０．８＊Ｍ／Ｗを満たす。

これにより、ケーブル溶接部１２の最小厚さＨは、７０％～８０％の圧縮比を満たす。最小厚さＨが７０％の圧縮比よりも低い場合、溶接後にケーブルが破断しやすく、これによりアルミニウムケーブル１０の導電能力が低下し、最小厚さＨが８０％の圧縮比よりも高い場合、溶接後に機械的引張強度が基準に達しないリスクが発生しやすい。さらに、ケーブル溶接部１２の最小厚さＨが７０％～８０％の圧縮比を満たす場合、良好な溶接外観を備える。

本願の技術的解決手段をより詳細に説明するために、以下のケーブルを用いて例示的に説明する。

例えば、心線１１の公称断面積Ｍは、５０ｍｍ^２であり、対応するケーブル溶接部１２の幅Ｗは、１６ｍｍであり、ケーブル溶接部１２の最小厚さＨは、２．２ｍｍ≦Ｈ≦２．５ｍｍを満たし、これにより、アルミニウムケーブル１０の溶接圧縮比は、７０％～８０％を満たす。

さらに、アルミニウム導体材質の強度が低いため、波形が密集しすぎて溶接後にケーブルが破断することを回避するために、波形面１４は、大きくて少ない溶接模様を採用し、例えば、波形面１４の山と谷の数は、いずれも２つであり、すなわち２つの山と２つの谷があり、かつケーブル溶接部１２の波形面１４に均一に分布する。

さらに、上記山とケーブル溶接部１２の端子２０に向かう面との間の最大角度は、３０°～６０°であり、すなわち山の谷に最も近い部分の接線とケーブル溶接部１２の溶接面との間の鋭角は、３０°～６０°である。

上記谷とケーブル溶接部１２の端子２０に向かう面との間の最大角度βは、３０°～６０°であり、すなわち谷の山に最も近い部分の接線とケーブル溶接部１２の溶接面との間の鋭角は、３０°～６０°である。

新エネルギー自動車に採用された高電圧アルミニウムケーブルの心線の引張強度は、一般的に７０ＭＰａ～１２０ＭＰａであるため、山と谷の角度を設定することにより、アルミニウムケーブル１０の溶接面が緩やかに遷移することを保証し、心線１１の表面を破壊せず、ケーブル溶接部１２と端子２０との間の効果的な溶接融合面積をより大きくすることができる。

本願のいくつかの具体的な実施例において、アルミニウムケーブル１０は、心線１１の外側に嵌設され、ケーブル溶接部１２が伸び出す絶縁スリーブ１３をさらに含み、端子２０は、端子溶接部２１及び圧着部２２を含み、ケーブル溶接部１２は、端子溶接部２１に溶接され、圧着部２２は、絶縁スリーブ１３に圧着される。

具体的には、図５に示すように、圧着部２２は、接続部２４及び２つの圧着翼２３を含み、接続部２４は、一端が端子溶接部２１に接続され、他端が２つの圧着翼２３に接続され、２つの圧着翼２３は、絶縁スリーブ１３を挟持するとともに、絶縁スリーブ１３の長手方向に沿ってずれて設置される。

これにより、圧着部２２は、ずれて設置された２つの圧着翼２３を有し、アルミニウムケーブル１０の絶縁スリーブ１３は、２つの圧着翼２３で形成された通路に穿設され、圧着治具により２つの圧着翼２３をアルミニウムケーブル１０の絶縁スリーブ１３の外面に圧着することにより、圧着翼２３とアルミニウムケーブル１０の絶縁スリーブ１３との両者が固定的に接続され、圧着翼２３は、溶接領域に作用する機械的応力をアルミニウムケーブル１０の絶縁スリーブ１３に伝達することができ、このように、アルミニウムケーブル１０を引っ張ることによる溶接部分の損傷を効果的に防止することができる。

さらに、図４に示すように、圧着部２２の厚さは、端子溶接部２１の厚さよりも小さく、かつアルミニウムケーブル１０の径方向に、圧着部２２は、端子溶接部２１に対してアルミニウムケーブル１０から離れる方向にずれて設置され、例えば、圧着部２２の上面と端子溶接部２１の下面は、同一平面に位置し、このように、心線１１と絶縁スリーブ１３の遷移領域の高さの差に適合し、心線１１とケーブル溶接部１２の接続箇所の過度変形を回避することができる。

さらに、図５に示すように、ケーブル溶接部１２の長さは、Ｌであり、接続部２４の長さＬ１は、０．７Ｌ≦Ｌ１≦０．９Ｌを満たし、これにより、圧着翼２３の圧着時に心線１１とケーブル溶接部１２との接続箇所を損傷することを回避することができる。

以下、本願の実用実施例に係る車両を説明し、上記車両は、本願の上記実施例に係るアルミニウムケーブルと端子との接続構造を含む。

本願の実施例に係る車両は、本願の上記実施例に係るアルミニウムケーブルと端子との接続構造を利用することにより、電気伝導性能が確実であり、過電流能力が高く、機械的強度が高いなどの利点を有する。

本願の実施例に係る車両の他の構成及び操作は、当業者にとって既知であり、ここで詳細に説明しない。

本明細書の説明において、用語「具体的な実施例」、「具体例」などを参照する説明は、該実施例又は例を組み合わせて説明された具体的な特徴、構造、材料又は特性が本願の少なくとも１つの実施例又は例に含まれることを意味する。本明細書において、上記用語の例示的な表現は、必ずしも同一の実施例又は例に限定されるものではない。

本願の実施例を例示し説明したが、当業者であれば理解できるように、本願の原理及び趣旨から逸脱しない場合、これらの実施例に対して、様々な変更、修正、置換及び変形を行うことができ、本願の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物によって限定される。

１０ アルミニウムケーブル
１１ 心線
１２ ケーブル溶接部
１３ 絶縁スリーブ
１４ 波形面
２０ 端子
２１ 端子溶接部
２２ 圧着部
２３ 圧着翼
２４ 接続部
１ 溶接治具
２ 溶接ヘッド

Claims (8)

1. ケーブル溶接部を備える心線を含むアルミニウムケーブルと、
   前記ケーブル溶接部に溶接される端子と、を含み、
   前記心線の公称断面積がＭであり、前記ケーブル溶接部と前記端子との溶接面積Ｓが５＊Ｍ≦Ｓ≦６＊Ｍを満たし、
   前記ケーブル溶接部の前記端子とは反対側の面が波形面として構成され、前記波形面の山と谷が前記ケーブル溶接部の長手方向に沿って配列され、
   前記ケーブル溶接部の最小厚さＨが前記ケーブル溶接部の前記端子に向かう面と前記谷との間の距離であり、前記公称断面積Ｍに対応するケーブル溶接部の幅がＷであり、前記最小厚さＨが０．７＊Ｍ／Ｗ≦Ｈ≦０．８＊Ｍ／Ｗを満たすことを特徴とする、アルミニウムケーブルと端子との接続構造。
2. 前記公称断面積Ｍに対応する前記ケーブル溶接部の幅がＷであり、前記ケーブル溶接部の長さＬが５＊Ｍ／Ｗ≦Ｌ≦６＊Ｍ／Ｗを満たすことを特徴とする、請求項１に記載のアルミニウムケーブルと端子との接続構造。
3. 前記山と前記ケーブル溶接部の前記端子に向かう面との間の最大角度が３０°～６０°であり、
   前記谷と前記ケーブル溶接部の前記端子に向かう面との間の最大角度βが３０°～６０°であることを特徴とする、請求項１に記載のアルミニウムケーブルと端子との接続構造。
4. 前記アルミニウムケーブルは、前記心線の外側に嵌設される絶縁スリーブをさらに含み、前記ケーブル溶接部が前記絶縁スリーブから伸び出しており、
   前記端子は、端子溶接部及び圧着部を含み、前記ケーブル溶接部は、前記端子溶接部に溶接され、前記圧着部は、前記絶縁スリーブに圧着されることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載のアルミニウムケーブルと端子との接続構造。
5. 前記圧着部の厚さが前記端子溶接部の厚さよりも小さいことを特徴とする、請求項４に記載のアルミニウムケーブルと端子との接続構造。
6. 前記圧着部は、接続部及び２つの圧着翼を含み、前記接続部は、一端が前記端子溶接部に接続され、他端が前記２つの圧着翼に接続され、２つの前記圧着翼は、前記絶縁スリーブを挟持するとともに、前記絶縁スリーブの長手方向に沿ってずれて設置されることを特徴とする、請求項４又は５に記載のアルミニウムケーブルと端子との接続構造。
7. 前記ケーブル溶接部の長さがＬであり、前記接続部の長さＬ１が０．７Ｌ≦Ｌ１≦０．９Ｌを満たすことを特徴とする、請求項６に記載のアルミニウムケーブルと端子との接続構造。
8. 請求項１～７のいずれか一項に記載のアルミニウムケーブルと端子との接続構造を含むことを特徴とする、車両。
   

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